◎劉豐年

技術與應用

基于AT89C 51的簡易智能化加濕器設計

◎劉豐年

(三門峽職業(yè)技術學院教務處，河南三門峽472000)

為解決現(xiàn)有空氣加濕器在智能化、安全性和舒適性方面的不足，筆者設計了一種以AT89C51單片機和DS18B20溫度傳感器為核心的簡易智能化空氣加濕器系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機對溫度傳感器和水位傳感器采集到的室內空氣干濕溫度信息和加濕器內的水位信息進行處理，從而實現(xiàn)加濕器的溫濕度顯示、智能開關、空氣加濕、防干燒、聲光報警等控制功能。該系統(tǒng)經(jīng)過測試實驗，能夠及時、準確的測量環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)預設值，控制加濕器智能化工作，性價比高，具有較高的實際應用價值。

智能加濕器；AT89C51單片機；DS18B20溫度傳感器

伴隨著人們生活水平的不斷提高，人們對家庭空氣環(huán)境的要求也越來越高，空氣加濕器也成了日用家居必備品。常見的加濕器主要有風機加濕型和熱加濕型，主要通過風機強制循環(huán)空氣帶走水分或蒸發(fā)水分來緩解空氣干燥度的目的。但這類加濕器人工操作太多，缺乏智能化、安全性和舒適度，在使用過程中往往存在過度加濕和干燒的問題，不僅加濕效果不好，而且還存在著嚴重的安全隱患。因此急需一種簡易智能化的空氣加濕器，對空氣濕度進行智能化、人性化控制，目前，智能、安全、舒適已成為加濕器的核心問題，備受關注。

筆者以AT89C51單片機和DS18B20溫度傳感器為核心設計了一種簡易智能化的空氣加濕器系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要利用AT89C51單片機對溫度傳感器和水位傳感器采集到的室內空氣干濕溫度信息和加濕器內的水位信息進行處理，從而實現(xiàn)加濕器的溫濕度顯示、智能開關、空氣加濕、防干燒、聲光報警等控制功能。實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠及時、準確的測量環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)預設值，控制加濕器智能化工作，性價比高，具有較高的實際應用價值和推廣價值。

1 系統(tǒng)總體方案設計

根據(jù)用戶的需求分析，得到該智能空氣加濕器的設計應滿足以下要求：①溫濕度報警值可以手動設置；②檢測到的溫濕度值可以實時準確顯示；③當空氣濕度小于40%時系統(tǒng)自己加濕；④由5V穩(wěn)壓電源進行供電，提供系統(tǒng)需要的溫濕度調節(jié)控制信號，實現(xiàn)自動控制。

按照系統(tǒng)設計要求，繪制了系統(tǒng)總體結構框圖，如圖1所示。該系統(tǒng)主要包括四個模塊：以AT89C51單片機為核心的控制模塊，兩個DS18B20溫度傳感器、一個水位傳感器為核心組成的加濕模塊，以聲光報警器為核心的報警模塊，以1602LCD液晶屏為核心的顯示模塊。

該系統(tǒng)利用AT89C51單片機進行控制，通過對兩個溫度傳感器采集到的干濕球溫度進行計算，得到室內空氣的相對濕度，若空氣濕度小于40%時，則控制加濕器開始工作，直到室內空氣濕度達到預設值時，系統(tǒng)報警并自動關閉。加濕器工作時，將實時準確地顯示室內空氣的溫濕度值，水位傳感器將實時監(jiān)測加濕器內的水位，當水位低于預設值時，系統(tǒng)將斷開控制輸出電路的供電，并啟動蜂鳴器電路進行報警，來保證安全。

2 系統(tǒng)硬件設計

在硬件電路設計中，采用的是模塊化的電路，即每一個電路都可以獨立的工作，實現(xiàn)相應的功能，當需要同時工作的環(huán)境下能夠更快更好的完成系統(tǒng)硬件的要求。主要有數(shù)據(jù)的采集電路、輸出的控制電路、液晶的顯示電路、報警電路、最小系統(tǒng)。

2.1 信號分析

在硬件電路中主要有輸入信號采集電路與執(zhí)行相應輸出的控制電路組成。DS18B20得到單片機控制器AT89C51發(fā)出的信號時，DS18B20執(zhí)行相應的內部指令完成對溫度的采集、轉換、存取、并發(fā)送出數(shù)據(jù)給控制器AT89C51，當AT89C51接收到DS18B20的信號時，對數(shù)據(jù)進行處理并發(fā)送給顯示電路。為了電路能夠更好的運行，加入了光電耦合電路和報警電路，來增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 核心部件選取

控制器：通過對FPGA、模擬運算放大器組成PID控制系統(tǒng)及AT89C51單片機進行比較發(fā)現(xiàn)，單片機具有體積小、功耗低、價格低、穩(wěn)定可靠，算術運算能力強，易于編程，控制能力強，性價比高等優(yōu)點。因此，本系統(tǒng)采用了AT89C51單片機作為核心控制芯片，對溫度采集和實時顯示以及加濕裝置進行控制。AT89C51單片機擁有一個4K字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。

圖1 系統(tǒng)總體結構框圖

圖2 1602LCD液晶顯示屏接線原理圖

溫度傳感器：通過DS18B20溫度傳感器與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DS18B20溫度傳感器不僅可以直接讀取溫度值，而且還可以實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，擁有獨特的單線接口，支持多點組網(wǎng)功能，在使用中不需要任何外圍元件，測溫范圍在-55℃～+125℃，同時單片機與DS18B20溫度傳感器之間連接非常簡潔方便，只需要一根連接線，通過一個單線接口就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫功能。因此，本系統(tǒng)采用了DS18B20溫度傳感器來實時采集空氣的溫度值。

液晶顯示屏：通過對各種液晶顯示屏進行對比分析，發(fā)現(xiàn)1602LCD液晶顯示屏具有體積小、重量輕、功耗低、顯示質量高、驅動方便和易于操作等特點，因此本系統(tǒng)采用了1602LCD液晶顯示屏作為顯示裝置。1602LCD液晶顯示屏顯示容量為16×2個字符，芯片工作電壓：4.5V~5.5V，工作電流：2.0mA (5.0V)，模塊最佳工作電壓：5.0V，字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm。

2.3 電路設計

①1602LCD液晶顯示屏電路設計

為了使1602LCD液晶顯示屏能夠清晰的顯示出來，可以用滑動變阻器來調節(jié)對比度，利用三極管來控制暗與滅。1602LCD液晶顯示屏接線原理如圖2所示。

②液位定位及光電開關電路設計

液位定位的實現(xiàn)主要依據(jù)是水位傳感器給出的數(shù)據(jù)信號，但是在實際的開發(fā)中，考慮到水位傳感器的特殊性，所以在開發(fā)中用3個簡易的按鍵來大致的實現(xiàn)這個功能，用簡單的高低電平信號更能直觀的表現(xiàn)出來。水位計光電開關替代元件及電路如圖3所示。

③DS18B20溫度傳感器電路設計

由于此款溫度傳感器輸出串行通信信號，電路圖相對簡單。DS18B20溫度傳感器接線原理如圖4所示。

④硬件整體電路設計

硬件整體電路原理如圖5所示。

圖3 水位計光電開關替代元件及電路圖

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件采用C語言編譯，以偉福仿真器V8/L為開發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能：

①根據(jù)空氣相對濕度值自動控制加濕器的開關狀態(tài)；

②實時監(jiān)測水位高低，當水位低于預設值時系統(tǒng)自動斷電，并發(fā)出警報；

圖4 DS18B20溫度傳感器接線原理圖

圖5 硬件整體電路原理圖

圖6 系統(tǒng)軟件流程

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)軟件流程圖設計如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試

系統(tǒng)在Keil4與Proteus8.5聯(lián)調的仿真環(huán)境下開發(fā)，程序的編寫主要是利用Keil4來進行編譯，在用Proteus8.5來進行仿真調試，對發(fā)現(xiàn)的錯誤進行修改。并最終將程序代碼燒錄單片機進行完整的測試。

為檢測實驗效果，分別在大小不同的三個房間進行實驗，均能實時準確地顯示室內溫濕度，并根據(jù)預設值控制加濕器的開啟和關閉，根據(jù)水位開關的不同狀態(tài)，系統(tǒng)會自動報警和處理，避免了干燒現(xiàn)象，加濕效果較好。

5 結束語

筆者在對傳統(tǒng)加濕器進行分析的基礎上，設計了一種以AT89C51單片機和DS18B20溫度傳感器為核心的簡易智能化空氣加濕器系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用AT89C51單片機對溫度傳感器和水位傳感器采集到的室內空氣干濕溫度信息和加濕器內的水位信息進行處理，從而實現(xiàn)加濕器的溫濕度顯示、智能開關、空氣加濕、防干燒、聲光報警等控制功能。測試結果顯示，該系統(tǒng)能夠及時、準確的測量環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，并根據(jù)系統(tǒng)預設值，控制加濕器智能化工作，性價比高，具有較好的實際應用價值。

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（責任編輯 卞建寧）

TheDesignofSimplified IntelligentHum idifierBased on AT89C51

LIU Fengnian
(Sanmenxia Polytechnic,Sanmenxia 472000,China)

In order to solve the defect of air humidifier in intelligence,safety and com fort,this paper devises a simple intelligent humidification system w ith MCU of AT89C51 and temperature sensor of DS18B20 as its core.The system realizes the functions of air humidifier such as temperature and humidity display,intelligent sw itch,air hum idification,anti-dry burning, sound and light alarm by processing the water level information in hum idifier and room hum idity information by temperature sensor and water level sensor w ith MCU of AT89C51.After testing and experiments,the system can measure environment humidity and temperature timely and accurately and according to the system preset value,it w ill control the intelligent work of air humidifier.It has high cost performance and practical value.

Intelligent Humidifier;AT89C51 M icroprocessor;DS18B20 Temperature

TM 925

B

1671-9123（2016）04-0139-04

2016－10－26

劉豐年(1982-)，男，河南三門峽人，三門峽職業(yè)技術學院教務處工作。